小屏蔽體電磁屏蔽效能測試裝置、系統和方法

專利名稱：小屏蔽體電磁屏蔽效能測試裝置、系統和方法
技術領域：
本發明涉及電磁兼容測試技術領域，特別是指一種用于小屏蔽體電磁屏蔽 效能測試的測試裝置、系統與方法。
背景技術：
隨著電子技術的廣泛應用，電磁輻射或者電子設備之間的電磁干擾問題越 來越嚴重。另外一些涉密系統中的信息設備也需要采取電磁防護措施防止電磁 泄漏。隨之產生了各種電磁屏蔽措施和屏蔽體。
一般而言，從尺寸上來分有兩
種屏蔽體小屏蔽體和大屏蔽體。小屏蔽體是指邊長介于0.4m和2m之間的各 類軟硬屏蔽材料制成的一個閉合體。對小屏蔽體進行電磁屏蔽效能測試是電磁 兼容(EMC)測試領域中的一個重要組成部分，當前尤其是對各類小屏蔽體在 80Hz 40GHz頻率范圍進行電磁屏蔽效能測試的需求日益增長。
現有兩種測試小屏蔽體屏蔽效能的方法外置輻射源法和內置輻射源法。 外置輻射源法是通過在被測屏蔽體外部放置信號源，經由發射天線產生一定頻 率范圍的輻射場，再用接收探頭在被測屏蔽體內接收上述發射天線產生的信號， 然后輸出到一個接收設備，以測量有、無屏蔽體時的場強，最后對兩次測量的 場強數值(場強的單位為分貝)進行比較，便可以得出被測屏蔽體的屏蔽效能。 內置輻射源法是將輻射源放置于被測屏蔽體內，在被測屏蔽體外用接收天線接 收輻射源通過發射天線發射的電磁信號，然后輸出到接收設備，同樣測量有屏 蔽體和沒有屏蔽體時接收到的電磁場的強度差，以測量出屏蔽體的屏蔽性能。
然而在實際中，上述現有的兩種測量方法對實際操作者都造成許多問題，而且使測試裝置或者系統成本很高。例如，在外置輻射源方法中，如何在80HZ
40GHz頻率范圍選擇接收探頭或發射探頭，探頭如何進出被測屏蔽體，進出口 的屏蔽效能如何，整套測試系統如何搭建等；對于內置輻射源法，也會產生如 何在邊長0.4m的小屏蔽體空間構建輻射源、如何散熱的問題。通常這些問題不 僅使測試人員難以選擇滿意的測試裝置，而且對小屏蔽體的制造商來說也比較 困難。因此如何提供一種符合標準要求、操作簡便、實用可靠的小屏蔽體電磁 屏蔽效能測試系統和方法就顯得十分重要、十分迫切了 。

發明內容
本發明的目的是提供一種小型化、操作方便、適于實用的小屏蔽體電磁屏 蔽效能測試裝置、系統和方法。
在第一個方面，本發明測試系統包括一種射頻天線裝置，它由第一電感、 第二電感、至少一個電容和一個電阻組成。所述電容具有第一端子。當所述射 頻天線裝置用于發射具有一定頻率的信號時，所述電容的第一端子連接產生所 述具有一定頻率的信號的裝置，當所述射頻天線裝置用于接收信號時，所述電 容的第一端子輸出接收到的信號，所述電容的另一端連接所述第一電感的一端， 所述第一電感的另一端接地。所述第二電感的一個端子接地，另一端子與所述 電阻連接。所述電阻的一端連接所述第二電感，另一端接地。
上述的射頻天線裝置為環形天線，將該環形天線線圈上的一點接地后，由 接地點分開的兩部分分別是所述第一電感和第二電感。另外，可以在所述環形 天線的射頻天線裝置的外部設置轉換開關，以調節所述第一電感和所述第二電 感來接收不同頻率的信號。
本發明的第二個方面在電磁屏蔽系統中提供了一種電磁輻射源裝置。當上述的射頻天線用于發射具有一定頻率的信號時，它被包括在該電磁輻射源裝置 內。該電磁輻射源裝置包括頻率源，用于產生具有一定頻率的信號；功率放大 器，連接所述頻率源的輸出，對所述具有一定頻率的信號進行功率放大；射頻
天線裝置，接收所述由功率放大器放大后的信號，并將該信號發射出去。 更具體地，在前述的電磁輻射源裝置中，其中的頻率源包括一個晶體振蕩
器件連接一個鎖相裝置，由該鎖相裝置輸出所述具有一定頻率的信號。 在上述的電磁輻射源裝置中，可以選擇將所述晶體振蕩器件、鎖相裝置、
功率放大器分別通過三個開關連接到一個供電電源。
在前述的電磁輻射源裝置中，所述的晶體振蕩器件、鎖相裝置、功率放大
器、供電電源和射頻天線裝置例如被集成在一個絕緣的盒子里。
在前述的電磁輻射源裝置中，所述的三個開關安裝在上述盒子的外壁。 另外，在上述盒子的外壁標有表示所述射頻天線裝置的垂直極化和水平極
化的標志。
本發明第三個方面提供了一種測試屏蔽體電磁屏蔽效能的系統，包括前述 的電磁輻射源裝置，并且還包括射頻接收天線，用于接收射頻天線裝置發出的 信號，并輸出給前置放大器進行放大。前置放大器用于對射頻接收天線輸出的 信號進行放大并輸出到頻譜儀進行測量。
本發明的第四方面提供了一種屏蔽體電磁屏蔽效能測試測試方法，用于測 試小屏蔽體在一定頻率范圍內的屏蔽效能。其中在被測屏蔽體內電磁輻射源裝 置中的射頻天線裝置間隔一定距離共面放置與其極化方向相同的所述射頻接收
天線。該測量方法包括以下步驟在上述頻率范圍內選擇若干個點頻率進行測 量，其中，對于每個點頻率，進一步包括將產生上述點頻率的電磁輻射源裝置 放入被測屏蔽體的內部中心位置；接通電源，使晶體振蕩器件預熱；將電磁輻射源裝置內的鎖相源和功率放大器供電；在頻譜儀上讀取在有被測屏蔽體和沒 有被測屏蔽體時的場強A和場強B;比較場強A和場強B得出屏蔽體的屏蔽效能。
在上述的測試方法中還包括改變射頻天線裝置的極化方向，并相應調節射 頻接收天線的極化方向，重復上述步驟。
本發明的特點之一是采用了將80Hz至40GHz，將全頻段連續測量改為有選 擇的點頻測量。
本發明的特點之二是將全頻段內任一頻點的發射天線進行小型化的設計。 本發明的特點之三是發射天線置于點頻輻射源內。
本發明的特點之四是將小型化設計后的發射天線增益、接收天線增益、點 頻源的輸出功率、不同頻段射頻電纜的損耗、不同頻段頻譜儀的測量靈敏度和 對發射源頻率穩定度的要求等進行系統集成，將工程測量思想貫穿整個屏蔽效 能測試系統和測量方法設計過程。


圖1是本發明小屏蔽體電磁屏蔽效能測試系統的結構框圖。
圖2是本發明小屏蔽電磁屏蔽效能測試系統結構框圖，具體描述了其中的
點頻輻射源。
圖3本發明小屏蔽電磁屏蔽效能測試系統結構框圖，具體描述了點頻輻射 源中的發射和接收天線裝置。
圖4是一個描述本發明小屏蔽體電磁屏蔽效能測試方法的流程圖。
具體實施例方式
8本發明提供一種成本較低，使用便捷，可靠性高的小屏蔽體電磁效能測試 裝置、系統和方法。
首先如圖l所示，它是本發明的小屏蔽體電磁屏蔽效能測試的系統框圖。
整個測試系統包括放置在被測小屏蔽體20內的點頻輻射源30、以及在被測小屏 蔽體外的點頻接收天線裝置40、前置放大器50和接收頻譜儀60。整個系統被 設置在屏蔽室10內。屏蔽室10的作用在于使整個測試系統免受其他電磁干擾。
圖2在圖1的基礎上進一步展開描述了本發明的點頻輻射源30。從圖2可 以看出，點頻輻射源30包括一個基準頻率源31、點頻鎖相源32、點頻功率放 大器33和發射天線裝置34。
本發明在測量80Hz 40GHz頻率范圍的小屏蔽體的屏蔽效能時，為了克服現 有技術使用寬頻信號源、以及相對應的寬頻功率放大器和寬頻天線成本高且效 率低的問題，將該頻率范圍分解為多個頻點分別進行測量。例如可以抽樣選擇 90Hz、 90 KHz、 180 KHz、 2 MHz、 16 MHz、 102 MHz、 460 MHz、 940 MHz、 3.3 GHz、 6.2GHz、 llGHz、 18.2 GHz、 25 GHz、 34GHz、 40GHz等頻率點。
下面以90Hz頻率點為例說明本發明測試裝置和系統是如何測試小屏蔽體的 屏蔽效能的。參考圖2所示，基準頻率源31，例如是一個20MHz恒溫的晶體振 蕩器件，用于與點頻鎖相源32連接以產生比較穩定的90Hz頻率，然后將產生 的具有一定頻率約10mV的信號輸出到點頻功率放大器33進行功率放大，例如， 放大至7 10V，使得接收天線40接收到的信號比較容易辨認。放大后的信號經 由發射天線34發射。
本發明特別在測試80Hz至30MHz的各個頻點使用一種新的環形發射天線。 因為通常情況下現有技術所使用的環形磁場天線發射效率很低，需加大信號源 的輸出功率才能達到測試標準的要求。另外，當使用環形天線時，如果接收天線任意旋轉180。，測量值會有大約6dB以上的變化。為了解決上述的這些問題， 本發明應用如圖3所示電路結構的發射天線34，使得接收天線翻轉18CT后的測 量誤差降低到ldB，且由于發射天線采用蜂窩式繞法，體積大大減小。滿足小屏 蔽體的體積要求。
如圖3所示，發射天線34包括電容Cl、電感L1、 L2和電阻R1。電容Cl 的一端與點頻功率放大器33的輸出連接，另一端連接電感Ll的一個端子。Ll 的另外一個端子接地。在Ll接地端還同時連接有電感L2的一端。電感Ll的另 一端連接電阻R1，通過R1接地。以90Hz的信號為例，Ll大約為3.8mH， L2為 1.5mH， Cl為2.7nF， Rl為10M Q 。上面描述的"接地"，實際上是參考零電勢。 在圖3中的電感Ll和L2是分開描繪的，實踐中，可以通過將環形天線線圈上的 一點接地，將線圈分成兩個部分(L1和L2)來實現。
本發明天線還有一個優點是上述的發射天線34的結構可以應用在接收天線 40中。在圖3中接收天線40中電阻R2的一端接地，另一端經由電感L3接地。 在L3接地的一端還連接在電感L4的一端，電感L4的另一端與電容C2的一個端 子連接，電容C2的另一端子連接到前置放大器50，將接收到的信號輸出到前置 放大器50進行放大。最后前置放大器50將放大的信號輸出到頻譜儀60進行監 測。頻譜儀例如可以選擇惠普生產的HP8565E。接收天線中的R2與發射天線的 電阻R1值相等，L3的電感值與L2的相等，L4的電感值與L1的值相等。
前述使用電感L1， L2， L3， L4電阻R1， R2和電容C1， C2只是用來闡述本 發明的原理，本發明不應局限于此。其他使用與本發明電感、電容和電阻相等 同的器件的電路也應該涵蓋在本發明的保護范圍之內。
另外，基準頻率源31、點頻鎖相源32、點頻功率放大器33分別通過開關 Kl、 K2和K3連接到一個12V的直流穩壓電源70，由該電源70供電，如圖3所示。電源70可以是能被充電的電池。
在本發明的小屏蔽體電磁屏蔽效能測試系統中，由基準頻率源31、點頻鎖 相源、點頻功率放大器33和發射天線34構成的點頻輻射源30可以集成在一個 非金屬的小箱子內。因為環形天線有水平和垂直兩個極化方向。在進行屏蔽效 能測試時，發射天線和接收天線最好共面放置。與天線的水平和垂直發射兩種 極化方向對應，在箱子的外殼表面注有水平和垂直兩種測量極化標志。根據該 極化標志選擇接收天線的放置方向。另外，可以將上述開關K1、 K2、 K3獨立設 置或一起集成在小箱子的外部，便于操作。
當使用本發明的環形接收天線40接收信號時，可以通過調節Ll和L2的值 使接收天線40可以接收更多頻點的信號。為了實現上述的調節，可以在環形接 收天線40的外部安裝天線轉換開關。根據本發明的啟示，本領域技術人員可以 很容易實現這一點。
以下結合圖4描述本發明小屏蔽體效能測試系統的測試方法。
在使用本發明小屏蔽體屏蔽效能測試系統測試前，先將被測小屏蔽體20放 置于距地面例如3(T80cm高的木桌或絕緣層上，并接地。再在離被測小屏蔽體 中心一定距離且等高處架設接收天線40。 30MHz以下頻段天線與被測屏蔽體的 距離例如為30cm。
具體測量步驟描述如下
步驟100.將點頻輻射源30放入被測屏蔽體20的內部中心位置。 步驟102.接通電源，預熱10分鐘，此時只對基準頻率源31 (晶體振蕩器) 預熱，其他不工作。
步驟104.預熱結束后，再使點頻鎖相源31和點頻功率放大器33接通電源70。步驟106.將被測屏蔽體20密封好，在接收頻譜儀60上讀取場強值B。 步驟108.將發射模塊從被測屏蔽體內取出重新置于木桌或絕緣層上，保持
發射模塊與接收天線之間的距離不變，發射天線和接收天線的極化方向相同，
記下數值A。
步驟110:被測小屏蔽體的屏蔽效能為A-B=C。
步驟112.改變發射天線的極化方向，并相應調整接收天線的極化方向，重 復步驟104110。
對多個頻點進行測量時，對在每個頻率點重復上述步驟，即可得到 80Hz 40GHz頻率范圍內小屏蔽體的電磁屏蔽效能，找到可能的設計缺陷和改進 方向，或是否達到設計要求。
在測量場強時，本發明在80Hz至30MHz的頻率范圍內測試有無屏蔽體時 各個頻點的磁場強度差，在30MHz至950MHz的頻率范圍內測試電場差，在 950MHz至40GHz的頻率范圍內測試微波的場強差。
上面描述的步驟中如果后面的步驟依賴于前面步驟產生的信號、結果等， 則前后順序不應顛倒，其他步驟可以變化。本領域技術人員根據本發明教導做 出的這些變化也應該被包括在本發明的保護范圍之內。
此處雖然是以80Hz~40GHz內的80Hz~30MHz頻率范圍示例來闡述，但是本
發明的原理并不局限于此。在其他頻率范圍內也適用。 本發明具有如下優點和效果
1. 提供了一種符合測量標準要求亦滿足工程測量需要的小屏蔽體電磁屏蔽 效能測試系統和測量方法。
2. 測試系統全部國產化，屏效測量基線超過標準要求，系統操作簡便，測 試結果準確，具有很強的實用性和推廣性。3. 系統測量方法科學合理，測量頻率選擇靈活、易攜帶，為小屏蔽體的生 產廠家提供了一套低價、適用、有效、完整的測量頻段和研發工具。
4. 解決了國標、國軍標關于小屏蔽體電磁屏蔽效能測試的工程測量需求，
特別是30MHz以下磁場屏效測量和18GHz以上微波屏效測量。
5. 磁場接收天線采用了帶有電屏蔽的共面環型天線全新的設計使得它具有 翻轉180°后基本不影響測量性能的特點。
權利要求
1、一種射頻天線裝置(34，40)，其特征在于該射頻天線裝置包括第一電感(L1，L4)、第二電感(L2，L3)、至少一個電容(C1，C2)和一個電阻(R1，R2)，所述電容(C1，C2)具有第一端子，當所述射頻天線裝置(34)用于發射具有一定頻率的信號時，所述電容(C1)的第一端子連接產生所述具有一定頻率的信號的裝置，當所述射頻天線裝置(40)用于接收信號時，所述電容(C2)的第一端子輸出接收到的信號，所述電容(C1，C2)的另一端連接所述第一電感(L1，L4)的一端，所述第一電感(L1，L4)的另一端接地，所述第二電感(L2，L3)的一個端子接地，另一端子與所述電阻(R1，R2)連接，所述電阻(R1，R2)的一端連接所述第二電感(L2，L3)，另一端接地。
2、 根據權利要求1的射頻天線裝置(34， 40)，其特征在于其為環形天線， 將該環形天線線圈上的一點接地后，由接地點分開的兩部分分別是所述第一電 感(Ll， L4)和第二電感(L2， L3)。
3、 根據權利要求2的射頻天線裝置(34， 40)，其中在所述為環形天線的 射頻天線裝置(40)外部設置轉換開關，以調節所述第一電感(Ll， L4)和所 述第二電感(L2， L3)來接收不同頻率的信號。
4、 一種使用權利要求1中射頻天線裝置(34)的電磁輻射源裝置(30)， 其特征在于其包括頻率源(31， 32)，產生具有一定頻率的信號，功率放大器(33)，連接所述頻率源(31， 32)的輸出，對所述具有一定 頻率的信號進行功率放大，射頻天線裝置(34)，接收所述由功率放大器(33)放大后的信號，并將該信號發射出去。
5、 根據權利要求4所述的電磁輻射源裝置(30)，其特征在于其中的頻率 源(31, 32)包括一個晶體振蕩器件(31)連接一個鎖相裝置(32)，由該鎖 相裝置輸出所述具有一定頻率的信號。
6、 根據權利要求5的電磁輻射源裝置(30)，其特征在于其中所述晶體振 蕩器件(31)、鎖相裝置(32)、功率放大器(33)分別通過開關K1、 K2、 K3 連接到一個供電電源(70)。
7、 一種測試屏蔽體電磁屏蔽效能的系統，其特征在于其包括權利要求4至 6任意一項權利要求的電磁輻射源裝置(30)，并且還包括射頻接收天線(40)，用于接收射頻天線裝置(34)發出的信號，并輸出 給前置放大器(50)進行放大，前置放大器(50)，對射頻接收天線(40)輸出的信號進行放大并輸出到 頻譜儀(60)進行測量。
8、 根據權利要求7的測試屏蔽體電磁屏蔽效能的系統，其特征在于所述的 射頻天線裝置(34)和射頻接收天線(40)共面放置。
9、 一種權利要求7的屏蔽體電磁屏蔽效能測試系統所用的測試方法，用于 測試屏蔽體在一定頻率范圍內的屏蔽效能，其特征在于在被測屏蔽體內電磁輻 射源裝置中的射頻天線裝置間隔一定距離共面放置與其極化方向相同的所述射 頻接收天線，并且該方法包括以下步驟在上述頻率范圍內選擇若干個點頻率進行測量，其中，對于每個點頻率，將產生上述點頻率的電磁輻射源裝置放入被測屏蔽體的內部中心位置(100)，接通電源，使晶體振蕩器件預熱(102)， 將電磁輻射源裝置內的鎖相源和功率放大器供電(104)， 在頻譜儀上讀取在有被測屏蔽體和沒有被測屏蔽體時的場強A和場強B (106， 108)，比較場強A和場強B得出屏蔽體的屏蔽效能(110)。
10、根據權利要求9的測試方法，在步驟(110)后進一步包括步驟(112)， 改變射頻天線裝置的極化方向，并相應調節射頻接收天線的極化方向，重復步 驟(104)至步驟(110)。
全文摘要
本發明提供了一種小屏蔽體電磁屏蔽效能測試裝置、系統和方法。在需要測量的頻率范圍內選擇多個頻點進行測量。本發明使用點頻輻射源作為信號源放在被測小屏蔽體內，不同頻率通過不同的發射天線，將信號發射到小屏蔽體外，然后在小屏蔽體外通過相對應的接收天線進行接收，再放大后輸出到一個頻譜儀進行測量。其中發射天線在全頻段內進行了小型化處理，且置于點頻輻射源內，特別是磁場發射天線采用了全新設計和蜂窩式繞法，大大提高了發射效率。磁場接收天線采用了帶有電屏蔽的共面環型天線全新的設計使得它具有翻轉180°后基本不影響測量性能的特點。本發明的測試裝置使用簡便，成本較低，值得推廣應用。
文檔編號H01Q23/00GK101662078SQ20091009003
公開日2010年3月3日 申請日期2009年7月30日 優先權日2009年7月30日
發明者李立嘉 申請人:北京大澤科技有限公司